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【原創】高山云教你之三--單片機玩轉太陽能逆變系統[564帖 數控電源--電流檢測]

 


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                   有問題和疑惑請留言,本人將一一解答!     

 


高山云系列教程之一:高山云教你----學單片機--C語言,匯編語言對照篇,1:1學習

http://www.daogou-taobao.cn/bbs/1484517.html

高山云系列教程之二:高山云教你----單片機控制全彩LED入門到精通

http://www.daogou-taobao.cn/bbs/1485719.html


  

【本篇為】高山云系列教程之三:高山云教你----單片機玩轉太陽能逆變系統


 

  太陽能是一種干凈的可再生新能源,越來越受到人們的青睞,在人們生活、工作中有廣泛的作用, 最常用的就是將太陽能轉換為電能,太陽能電池就是利用太陽能工作的。而太陽能熱電站的工作原理則是利用匯聚的太陽光,把水燒至沸騰變為水蒸氣,然后用來發電。本系統將會對太陽能發電(即太陽能充電及其充電管理),低電壓逆變等做詳細講解!


本系統整體概況:    太陽能充電管理模塊:

    本模塊主要以STC15F2K60S2單片機為核心對蓄電池進行電源充電管理,可以實現不同的充放電模式,也可以采用自動充放電模式。利用其內部的PWM模塊產生PWM去控制MOS管完成DC-DC進行轉換;利用其內部的ADC(10位AD)模塊完成模擬量采集,以實現反饋信號取樣;利用其內部的EEPROM實現掉電保存和程序模式設置;利用其內部的串口功能和電腦進行通訊,方便實現遠程操作和集中控制。

    低電壓逆變模塊:
		
    本模塊電路主要功能是將蓄電池中的低電壓通過逆變轉換成220V交流電壓,以滿足常規用電設備能正常工作所需要的電壓和電流。本模塊中的DC-DC模塊主要采用SG3525進行變換,將12V或者24V低壓變換為DC380V-420V的高壓直流電;本模塊中的SPWM將采用STC15F2K60S2為核心的單片機產生,利用其內部的各個模塊以實現完整的逆變電路。

以下為本教程目錄:

    一、太陽能充電及充電管理
 
      理論篇

          1.太陽能概述 ------------------------13帖               
          2.太陽能光伏原理---------------------13帖 
          3.太陽能電池-------------------------13帖 
          4.太陽能電池的工作原理---------------13帖 
          5.太陽能電池分類---------------------13帖 
          6.蓄電池-----------------------------13帖 
          7.蓄電池原理-------------------------13帖 
          8.蓄電池分類-------------------------13帖 
          9.什么是MPPT-------------------------13帖 
         10.為什么要使用MPPT-------------------13帖 
         11.幾種常見MPPT的算法及優缺點---------31帖

硬件及軟件篇
       1.STC15F2K60S2的最小系統------------------------------------------------------33帖 
       2.STC15F2K60S2如何下載程序----------------------------------------------------58帖 
       3.控制器外殼------------------------------------------------------------------92帖 
       4.單片機顯示模塊與按鍵(原理圖)--------------------------------------------------140帖 
       5.串口顯示程序(顯示字符串)----------------------------------------------------189帖
       6.數碼管與LED點亮程序----------------------------------------------------------199帖
       7.單片機對P1口8路電壓的采集(電壓表、電流表)-------------------------------------272帖
       8.STC15F2K60S2輸出固定頻率的PWM波-----------------------------------------------356帖
       9.單片機輸出固定頻率但占空比可調的PWM波------------------------------------------436帖
       10.單片機結合硬件實現固定電壓輸出(固定輸出的數控電源)-----------------------------476帖
       11.以LM358為核心的運放電路實現電流檢測--------------------------------------------564帖
       12.STC15F2K60S2帶環路控制的數控電源(固定輸出某電壓的數控電源帶穩壓功能)
       13.STC15F2K60S2可調節輸出電壓的數控電源(可調節輸出電壓的數控電源帶穩壓功能)










全部回復(747)
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2014-05-04 09:27
哈哈 我先搶個沙發吧,期待更新后的內容!~
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2014-05-04 09:32
@電源網-娜娜姐
哈哈我先搶個沙發吧,期待更新后的內容!~
,謝謝!
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eason
LV.4
4
2014-05-04 15:31

yueyun出品必是精品啊,坐等老師更新。

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2014-05-04 15:45
@eason
yueyun出品必是精品啊,坐等老師更新。
哈哈!謝謝支持,我還在寫帖子,寫好就馬上更新!
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javike
LV.12
6
2014-05-04 17:50

不知道樓主說的太陽能逆變是包括什么?

MPPT+DC-DC+SPWM,支持離/并網和錯峰供電?

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2014-05-04 17:52
@javike
不知道樓主說的太陽能逆變是包括什么?MPPT+DC-DC+SPWM,支持離/并網和錯峰供電?
我這個系統比較小,就離網唄,主要在于拋磚引玉!
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2014-05-04 17:53
@yueyunno1
我這個系統比較小,就離網唄,主要在于拋磚引玉!
包含你說的這幾樣,全部用單片機實現!
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fly
LV.9
9
2014-05-04 17:54
坐等更新學習
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心中有冰
LV.11
10
2014-05-04 18:13
這么高大上的帖子,必須得頂
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2014-05-04 20:25
@心中有冰
這么高大上的帖子,必須得頂

軍長過獎了,您才是壇子里的泰山北斗,像你們學習,我這班門弄斧請勿見笑!

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2014-05-04 20:30
@fly
坐等更新學習
謝謝,正在整理資料中!
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2014-05-04 21:51
【正文】
一.太陽能充電及充電管理
理論篇
    1.太陽能概述
        太陽能(Solar Energy),一般是指太陽光的輻射能量,在現代一般用作發電。在化石燃料日趨減少的情況下,太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分,并不斷得到發展。太陽能的利用有被動式利用(光熱轉換)和光電轉換兩種方式,太陽能發電是一種新興的可再生能源。

    2.太陽能光伏原理
        太陽能光伏發電系統是利用太陽電池半導體材料的光伏效應,將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統,有獨立運行和并網運行兩種方式。獨立運行的光伏發電系統需要有蓄電池作為儲能裝置,主要用于無電網的邊遠地區和人口分散地區,整個系統造價很高;在有公共電網的地區,光伏發電系統與電網連接并網運行,可省去蓄電池,不僅可以大幅度降低造價,而且具有更高的發電效率和更好的環保性能。
 
太陽能離網系統框圖

 
 

    太陽能并網系統框圖

 

 

 

           3.太陽能電池

 

                 太陽能電池板是通過吸收太陽光,將太陽輻射能通過光電效應或者光化學效應直接或間接轉換成電能的裝置,大部分太陽能電池板的主要材料為“硅”,但因制作成本很大,以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。

    4.太陽能電池的工作原理
          太陽光照在半導體p-n結上,形成新的空穴-電子對,在p-n結電場的作用下,空穴由n區流向p區,電子由p區流向n區,接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。

    5.太陽能電池分類
       (1)、硅系太陽能電池
            A. 單晶硅太陽能電池
	  單晶硅太陽能電池轉換效率最高,技術也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質量單晶硅材料和相關的成熱的加工處理工藝基礎上的。現在單晶硅的電地工藝己近成熟,在電池制作中,一般都采用表面織構化、發射區鈍化、分區摻雜等技術,開發的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電單晶硅電池。提高轉化效率主要是靠單晶硅表面微結構處理和分區摻雜工藝。
 
            B. 多晶硅薄膜太陽能電池
由于單晶硅太陽能電池的成本高,為了節省材料,人們就開始在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜,但由于生長的硅膜晶粒大小,未能制成有價值的太陽能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜,人們一直沒有停止過研究,并提出了很多方法。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法,包括低壓化學氣相沉積(LPCVD)和等離子增強化學氣相沉積(PECVD)工藝。
 
            C.非晶硅薄膜太陽能電池
                非晶硅薄膜太陽能電池的成本低,便于大規模生產,普遍受到人們的重視并得到迅速發展,近幾年它的研制工作得到了迅速發展,目前世界上己有許多家公司在生產該種電池產品。非晶硅作為太陽能材料盡管是一種很好的電池材料,但由于其光學帶隙為1.7eV,使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區域不敏感,這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉換效率。此外,其光電效率會隨著光照時間的延續而衰減,即所謂的光致衰退S一W效應,使得電池性能不穩定。
 
       (2)、多元化合物薄膜太陽能電池
             為了尋找單晶硅電池的替代品,人們除開發了多晶硅、非晶硅薄膜太陽能電池外,又不斷研制其它材料的太陽能電池。其中主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。
 
       (3)、聚合物多層修飾電極型太陽能電池
在太陽能電池中以聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制板的研究方向。其原理是利用不同氧 化還原型聚合物的不同氧化還原電勢,在導電材料(電極)表面進行多層復合,制成類似無機P-N結的單向導電裝置。
 
 部分電池板圖片

 
    6.蓄電池
        將化學能直接轉化成電能的一種裝置。貯存化學能量,必要時放出電能。 
 
    7. 蓄電池工作原理
        充電時利用外部的電能使內部活性物質再生,把電能儲存為化學能,需要放電時再次把化學能轉換為電能輸出,比如生活中常用的手機電池等。
 
    8.蓄電池分類
      蓄電池的種類大致可以為:鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池、鎳鎘電池、鈉硫蓄電池、鎳鋅蓄電池、鋅空氣蓄電池、飛輪電池。
 
部分蓄電池圖片

 
 
     9.什么是MPPT
        太陽能光伏陣列的輸出特性具有非線性的特點,并且輸出受太陽幅照度,環境溫度和負載影響,只有在某一輸出電壓值時,光伏陣列的輸出功率才能達到最大值,這時光伏陣列的工作點就達到了輸出功率電壓曲線的最高點,稱之為最大功率點(MPP-maximum power point)。為了有效的利用光伏電池,對光伏發電進行最大功率點的跟蹤就顯得尤為重要。 
 
         MPPT-最大功率點追蹤
MPPT的工作原理為:在一個規定的周期內,微處理器定期地主動調節PWM的占空比D,改變太陽能電池的輸出電流,從而引起太陽能電池的輸出電壓變化,檢測太陽能電池輸出電壓及輸出電流,計算出太陽能電池陣列的輸出功率,然后根據最大功率點跟蹤策略尋找最大功率點的位置。
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2014-05-04 22:09
@yueyunno1
【正文】一.太陽能充電及充電管理理論篇1.太陽能概述太陽能(SolarEnergy),一般是指太陽光的輻射能量,在現代一般用作發電。在化石燃料日趨減少的情況下,太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分,并不斷得到發展。太陽能的利用有被動式利用(光熱轉換)和光電轉換兩種方式,太陽能發電是一種新興的可再生能源。2.太陽能光伏原理太陽能光伏發電系統是利用太陽電池半導體材料的光伏效應,將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統,有獨立運行和并網運行兩種方式。獨立運行的光伏發電系統需要有蓄電池作為儲能裝置,主要用于無電網的邊遠地區和人口分散地區,整個系統造價很高;在有公共電網的地區,光伏發電系統與電網連接并網運行,可省去蓄電池,不僅可以大幅度降低造價,而且具有更高的發電效率和更好的環保性能。 太陽能離網系統框圖[圖片]     太陽能并網系統框圖 [圖片]            3.太陽能電池                 太陽能電池板是通過吸收太陽光,將太陽輻射能通過光電效應或者光化學效應直接或間接轉換成電能的裝置,大部分太陽能電池板的主要材料為“硅”,但因制作成本很大,以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。4.太陽能電池的工作原理太陽光照在半導體p-n結上,形成新的空穴-電子對,在p-n結電場的作用下,空穴由n區流向p區,電子由p區流向n區,接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。5.太陽能電池分類(1)、硅系太陽能電池A.單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池轉換效率最高,技術也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質量單晶硅材料和相關的成熱的加工處理工藝基礎上的。現在單晶硅的電地工藝己近成熟,在電池制作中,一般都采用表面織構化、發射區鈍化、分區摻雜等技術,開發的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電單晶硅電池。提高轉化效率主要是靠單晶硅表面微結構處理和分區摻雜工藝。 B.多晶硅薄膜太陽能電池由于單晶硅太陽能電池的成本高,為了節省材料,人們就開始在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜,但由于生長的硅膜晶粒大小,未能制成有價值的太陽能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜,人們一直沒有停止過研究,并提出了很多方法。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法,包括低壓化學氣相沉積(LPCVD)和等離子增強化學氣相沉積(PECVD)工藝。 C.非晶硅薄膜太陽能電池非晶硅薄膜太陽能電池的成本低,便于大規模生產,普遍受到人們的重視并得到迅速發展,近幾年它的研制工作得到了迅速發展,目前世界上己有許多家公司在生產該種電池產品。非晶硅作為太陽能材料盡管是一種很好的電池材料,但由于其光學帶隙為1.7eV,使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區域不敏感,這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉換效率。此外,其光電效率會隨著光照時間的延續而衰減,即所謂的光致衰退S一W效應,使得電池性能不穩定。 (2)、多元化合物薄膜太陽能電池為了尋找單晶硅電池的替代品,人們除開發了多晶硅、非晶硅薄膜太陽能電池外,又不斷研制其它材料的太陽能電池。其中主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。 (3)、聚合物多層修飾電極型太陽能電池在太陽能電池中以聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制板的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢,在導電材料(電極)表面進行多層復合,制成類似無機P-N結的單向導電裝置。  部分電池板圖片[圖片] 6.蓄電池將化學能直接轉化成電能的一種裝置。貯存化學能量,必要時放出電能。 7.蓄電池工作原理充電時利用外部的電能使內部活性物質再生,把電能儲存為化學能,需要放電時再次把化學能轉換為電能輸出,比如生活中常用的手機電池等。 8.蓄電池分類蓄電池的種類大致可以為:鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池、鎳鎘電池、鈉硫蓄電池、鎳鋅蓄電池、鋅空氣蓄電池、飛輪電池。 部分蓄電池圖片[圖片]  9.什么是MPPT        太陽能光伏陣列的輸出特性具有非線性的特點,并且輸出受太陽幅照度,環境溫度和負載影響,只有在某一輸出電壓值時,光伏陣列的輸出功率才能達到最大值,這時光伏陣列的工作點就達到了輸出功率電壓曲線的最高點,稱之為最大功率點(MPP-maximumpowerpoint)。為了有效的利用光伏電池,對光伏發電進行最大功率點的跟蹤就顯得尤為重要。MPPT-最大功率點追蹤MPPT的工作原理為:在一個規定的周期內,微處理器定期地主動調節PWM的占空比D,改變太陽能電池的輸出電流,從而引起太陽能電池的輸出電壓變化,檢測太陽能電池輸出電壓及輸出電流,計算出太陽能電池陣列的輸出功率,然后根據最大功率點跟蹤策略尋找最大功率點的位置。
明天接著更新。。。
0
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2014-05-05 10:10

呵呵這個帖子比較對我的專業胃口了,從前級充電到后級逆變都有,不過看到帖子都這么長了,感覺樓主還沒說什么實質的內容,那些簡單的概念性的說明建議一帶而過,從以下幾個方面來深入淺出的闡述更能吸引人!1、系統方案總述(包括硬件拓撲和軟件控制),2、MPPT控制及蓄電池充電控制,3、逆變前級(3525升壓部分)有哪些新意;4、逆變部分(普通的SPWM)逆變;我想從這四個大方向去闡述,然后每個部分具體用到些什么,要注意些什么寫的能通俗些,能簡單些,配上圖解更好了!最后說個本人最大的疑問,前前后后一個單片機,暫且不管你速度和存儲夠不夠,不知道樓主怎么處理的前后級的不同地問題?從我的經驗看,要想保護做的好,顯示做的比較充分,我覺得一個單片機是夠嗆的,當然這是一家之言,期待樓主的更新!也期待早點能出有價值的,不然天天看這些百度能找到的名詞解釋估計大家耐心都不會多的!

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amwcel
LV.4
16
2014-05-05 10:31
@yueyunno1
明天接著更新。。。

好東西,,,一定要頂。

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2014-05-05 10:35
@zhang_min9861
呵呵這個帖子比較對我的專業胃口了,從前級充電到后級逆變都有,不過看到帖子都這么長了,感覺樓主還沒說什么實質的內容,那些簡單的概念性的說明建議一帶而過,從以下幾個方面來深入淺出的闡述更能吸引人!1、系統方案總述(包括硬件拓撲和軟件控制),2、MPPT控制及蓄電池充電控制,3、逆變前級(3525升壓部分)有哪些新意;4、逆變部分(普通的SPWM)逆變;我想從這四個大方向去闡述,然后每個部分具體用到些什么,要注意些什么寫的能通俗些,能簡單些,配上圖解更好了!最后說個本人最大的疑問,前前后后一個單片機,暫且不管你速度和存儲夠不夠,不知道樓主怎么處理的前后級的不同地問題?從我的經驗看,要想保護做的好,顯示做的比較充分,我覺得一個單片機是夠嗆的,當然這是一家之言,期待樓主的更新!也期待早點能出有價值的,不然天天看這些百度能找到的名詞解釋估計大家耐心都不會多的!
哈哈!謝謝你的回復,這個帖子我是打算系統的由淺入深的進行講解。我打算把整個帖子寫得全面一點,如果一開帖就是電路或是一段代碼很多人也吃不消,得循序漸進,每天都更新一些內容這樣大家都容易接受。在這個項目中實際上是有用到2個STC15F2K60S2的單片機,1個單片機如你所述確實夠嗆。前級充電管理用1個單片機,這個單片機還兼顧輸出逆變控制開關,逆變部分單獨用一個單片機,因為逆變SPWM會很占用CPU時間~
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2014-05-05 10:36
@amwcel
好東西,,,一定要頂。

感謝一如既往的支持哈!

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2014-05-05 10:42
@yueyunno1
哈哈!謝謝你的回復,這個帖子我是打算系統的由淺入深的進行講解。我打算把整個帖子寫得全面一點,如果一開帖就是電路或是一段代碼很多人也吃不消,得循序漸進,每天都更新一些內容這樣大家都容易接受。在這個項目中實際上是有用到2個STC15F2K60S2的單片機,1個單片機如你所述確實夠嗆。前級充電管理用1個單片機,這個單片機還兼顧輸出逆變控制開關,逆變部分單獨用一個單片機,因為逆變SPWM會很占用CPU時間~

嗯,深入淺出是可以的,其實大系統方面的知識只要愿意做技術的,一上午自己找資料肯定能解決的,主要還是主體方案和細節部分需要好好講解,如果過多的時間花在這個上面還是有些不值得,畢竟大家都是上班的,這里是當愛好、學習交流的平臺!俗話說的好,只有讓大家帶著問題學習,才能更好的進步!我剛才還跟電源網的管理員說我之前做了這個完整的產品,后續將根據你的更新相互討論,多問問你問題,讓大家對這個系統的設計能更透徹?希望到時候您能多指導!

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2014-05-05 10:49
@zhang_min9861
嗯,深入淺出是可以的,其實大系統方面的知識只要愿意做技術的,一上午自己找資料肯定能解決的,主要還是主體方案和細節部分需要好好講解,如果過多的時間花在這個上面還是有些不值得,畢竟大家都是上班的,這里是當愛好、學習交流的平臺!俗話說的好,只有讓大家帶著問題學習,才能更好的進步!我剛才還跟電源網的管理員說我之前做了這個完整的產品,后續將根據你的更新相互討論,多問問你問題,讓大家對這個系統的設計能更透徹?希望到時候您能多指導!
說得在里,我也調整調整我的思路!
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2014-05-05 11:03
絕對的支持啊,向樓主學習。
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2014-05-05 11:07
@yueyunno1
說得在里,我也調整調整我的思路!

另外,樓主盡力能拿下本版區的最佳原創帖,我跟在你后面拿下個最佳回復,哈哈............

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2014-05-05 11:11
@zhang_min9861
另外,樓主盡力能拿下本版區的最佳原創帖,我跟在你后面拿下個最佳回復,哈哈............

好的,我一定努力!

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2014-05-05 11:11
@武愛電子
絕對的支持啊,向樓主學習。
哈哈!謝謝!
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yinlitansuo
LV.1
25
2014-05-05 13:04
@yueyunno1
好的,我一定努力!
頂一下!
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2014-05-05 13:31
@yinlitansuo
頂一下!
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挑戰者
LV.5
27
2014-05-05 19:49
盟主強大,開網絡課堂了!
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2014-05-05 20:25
@挑戰者
盟主強大,開網絡課堂了!

哈哈,謝謝支持,看好示波器了!

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amwcel
LV.4
29
2014-05-05 20:39
@yueyunno1
哈哈,謝謝支持,看好示波器了!

網絡課堂。我算是學員中的一名了。。。感謝老師。

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2014-05-05 20:41
@amwcel
網絡課堂。我算是學員中的一名了。。。感謝老師。

感謝amwcel的支持,我將繼續努力

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2014-05-05 21:13

                10.為什么要使用MPPT?

 

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